2.4 自由落体运动 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理粤教版必修第一册

课程名称

自由落体运动

选用教材

高中物理粤教版必修一

教学章节

第二章第四节

授课对象

高一学生

授课类型

新授课

授课学时

1课时（45分钟）

一、教学内容分析

本节是匀变速直线运动典型实例课，承接匀变速规律、纸带实验、逐差法知识，依托牛顿管实物示意图、自由落体频闪照片、各地重力加速度数据表、中科院微重力落塔实景图四张教材配图，分为四大板块。第一板块借助牛顿管对比实验，区分有空气、半真空、完全真空三种环境下轻重物体下落快慢，得出空气阻力是下落快慢差异的根源，抽象自由落体运动定义；第二板块利用自由落体频闪照片，结合匀变速位移差恒定规律，验证自由落体是初速度为零的匀加速直线运动，引入重力加速度；第三板块通过重力加速度数据表归纳纬度越高重力加速度越大的分布规律，给出常规计算取值；第四板块结合我国微重力落塔工程实例，拓展自由落体在航天科研中的应用，将匀变速全部公式适配自由落体（初速度为零、加速度替换为 g）。本节课把抽象匀变速规律落地到日常下落运动，兼顾演示实验、定量频闪分析、数据归纳、工程应用，搭建运动学与航天工程的联系。

二、学情分析

1. 知识储备

学生已经掌握匀变速直线运动速度、位移公式、位移差推论、纸带逐差测加速度、v-t 图像斜率含义；具备基础频闪照片刻度读数、分段位移计算能力；生活中存在重物体下落更快的直观经验，但未区分重力、空气阻力两个影响因素；不知道自由落体专属重力加速度，不了解重力加速度随纬度变化的规律，缺少真空环境下落的实验认知。

2. 能力现状

学生具备牛顿管、频闪照片、数据表格、落塔实景图基础读图能力，但对比三种真空度下物体下落现象、归纳阻力影响的对比归纳能力薄弱；读取频闪照片分段位移、利用位移差验证匀变速的定量分析能力不足；从表格纬度、重力加速度数据提炼变化规律的数据归纳能力偏弱；结合航天落塔工程分析自由落体科研价值的应用拓展能力不足。

3. 思维认知痛点

学生存在根深蒂固的生活化误区：质量越大的物体下落一定更快，忽略空气阻力干扰；认为所有地点重力加速度数值完全相同；混淆普通匀变速、自由落体公式，忘记自由落体初速度为零；不理解微重力落塔依靠长时间自由下落模拟太空环境的原理。

三、教学目标

1. 物理观念

建立自由落体完整观念：只受重力、由静止释放的直线运动为自由落体运动，空气阻力不可忽略时不属于自由落体；自由落体是初速度为零的匀加速直线运动，加速度为重力加速度 g；同一地点所有物体 g 大小一致，纬度越高 g 数值越大，常规计算可取 9.8 或 10；匀变速全部公式可直接用于自由落体，仅初速度取 0、加速度替换为 g。

2. 科学思维

依托牛顿管示意图建立控制变量对比实验思维；借助自由落体频闪照片建立匀变速规律迁移验证思维；利用重力加速度数据表建立数据规律归纳思维；结合微重力落塔实景图建立物理工程应用建模思维，四类思维同步训练。

3. 科学探究

读懂牛顿管装置图，观察三种真空度下轻重物体下落现象，归纳空气阻力的影响；解读自由落体频闪照片，测量连续相等时间位移，用位移差规律证明自由落体属于匀变速；分析重力加速度数据表，总结纬度与 g 的变化关系；结合微重力落塔图文，梳理自由落体在航天模拟实验中的应用；完整经历 “牛顿管对比演示 — 频闪照片定量验证 — 重力加速度数据归纳 — 航天工程拓展应用” 探究流程。

4. 科学态度与责任

牛顿管实验采用控制变量法逐步抽走空气，体现物理实验通过隔离干扰因素探寻本质的严谨思路；我国自主建成世界第二座百米微重力落塔，打破国外设备垄断，激发科技自信与爱国情怀；自由落体规律广泛用于航天、建筑、车辆制动测算，基础运动学支撑高端科研与民生工程；克服 “重物下落更快” 的直观错觉，学会透过表面现象抓住重力运动本质，培养理性思辨习惯。

四、教学重难点

重点

自由落体运动定义、产生条件；牛顿管实验得出阻力影响下落快慢

重力加速度含义、纬度分布规律；自由落体适配匀变速公式（初速度为零）

难点

破除重物下落更快的前概念，理解真空环境轻重物体同步下落

结合频闪照片，运用匀变速位移差规律定量证明自由落体是匀加速运动

五、教学方法

控制变量演示实验法：牛顿管示意图分组对比三种真空度下落现象；

频闪定量分析法：自由落体频闪照片读取分段位移，验证匀变速特征；

数据表格归纳法：各地重力加速度数据表提炼纬度变化规律；

工程情境拓展法：微重力落塔实景图讲解自由落体航天应用；

小组思辨讨论法：分组辨析重物下落快慢误区、重力加速度相关判断。

六、教学资源

粤教版高中物理必修第一册课本；牛顿管内物体下落装置图、自由落体频闪照片、各地重力加速度数据表、中科院微重力落塔实景图四张教材配图；自由落体概念填空任务单；频闪照片位移计算课堂练习题；微重力航天实验科普拓展资料。

七、教学设计

教学环节

教师活动

学生活动

环节一 匀变速直线运动旧知回顾，牛顿管示意图导入对比实验（7 分钟）

         带领学生回顾：初速度为零、加速度恒定的直线运动为初速度零匀变速，位移差恒定、v-t 图像倾斜；本节课研究只受重力的下落运动，通过牛顿管实验破除生活中重物下落更快的固有认知。

         展示牛顿管内物体下落示意图

         回顾初速度为零匀变速、位移差推论旧知识，记录本节课四大板块：牛顿管对比实验、频闪照片定量验证、重力加速度规律、微重力落塔航天应用。

         抛出观察思考问题：管内有空气、抽走部分空气、近似真空三种状态，金属片与羽毛下落快慢分别是什么样，造成差异的核心因素是什么？

         组织两分钟同桌交流，巡回收集学生误区，绝大多数学生认为金属片一定始终下落更快。

     梳理认知局限：空气阻力对羽毛影响极大，管内空气越少，二者快慢差距越小；完全真空时无阻力，轻重物体同步下落，由此定义自由落体运动。

         观看牛顿管装置图，同桌互相猜想三种空气环境下金属片、羽毛的下落差异，标记疑问：真空时羽毛为何和金属同步下落。

          跟随教师纠正重物下落更快的误区，预判空气阻力是干扰下落快慢的关键变量。

环节二 牛顿管实验总结定义，自由落体频闪照片图解匀变速验证（13 分钟）

         完整总结牛顿管实验结论：有空气时金属远快于羽毛；半真空差距缩小；完全真空二者同步落地；仅重力作用、静止释放的下落运动叫自由落体，有空气阻力的日常下落不属于理想自由落体。

         过渡铺垫：真空自由落体是否为匀变速直线运动，借助频闪照片定量验证，展示自由落体频闪照片

         讲解频闪固定时间间隔曝光，相邻点为相等运动时长。

     观看牛顿管示意图，完整抄写自由落体运动产生条件，自主区分日常下落与理想自由落体的区别。

     观看自由落体频闪照片，四人小组测量分段位移、计算位移差，直观验证匀变速特征，记住自由落体初速度为零。

     理顺逻辑：牛顿管定性实验得出运动条件，频闪照片定量实验证明匀变速属性。